Doktori értekezésemben a golyvásüszög fertőzés hatását vizsgáltam a kukorica hibridek növényfiziológiai, morfológiai és minőségi paramétereire. A kísérleteket üvegházi és szántóföldi körülmények között állítottam be, két takarmány- (Armagnac és P9025) és két csemegekukorica (Desszert 73 és Noa) hibriddel. Üvegházi körülmények között vizsgáltam a golyvásüszög fertőzés hatását a kukorica hibridek relatív klorofill-tartalmára, a fotoszintetikus pigmentek mennyiségére, malondialdehid-tartalomra, prolin koncentrációra, a növénymagasságra, a szárátmérőre, a száraz tömegre, valamint az aszkorbát-peroxidáz, a gvajakol-peroxidáz és a szuperoxid-dizmutáz változásokra. A kitűzött célom, hogy a különböző növényi hormonokkal (citokinin, gibberellin, auxin és etilén), a fertőzés intenzitását, hogyan lehet mérsékelni. A szántóföldi kísérlet során a különböző koncentrációjú (2 500, 5 000 és 10 000 sporidiumszám/ml) fertőző anyagok hatásait tanulmányoztam az kukorica hibridek relatív klorofill-tartalmára, a fotoszintetikus pigmentek mennyiségére, malondialdehid-tartalomra, prolin koncentrációra, a növénymagasságra, a szárátmérőre, a száraz tömegre, valamint az aszkorbát-peroxidáz, a gvajakol-peroxidáz és a szuperoxid-dizmutáz aktivitás változására, illetve a generatív szakaszban a csőhosszra, a csőátmérőre, a szemtömegére, a 100 szem friss és száraz tömegére, a minőségi paraméterekre (a szárazanyag, a nyersrost, a nyerszsír, a nyershamu, a nyersfehérje és a nitrogén), valamint a csövek elemtartalmára (Al, Br, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Pb, S, és Zn). Az üvegházi kísérlet célja az volt, hogy újabb, hatékony védekezési módszert találjanak a kórokozó ellen. A szántóföldi kísérlettel pedig, az eltérő koncentrációjú fertőzések hatásait elemeztem. Ezekkel a vizsgálatokkal átfogóbb összképet kaphatunk a kórfolyamat során végbemenő növényfiziológiai változásokról, különös tekintettel a reaktív szabadgyökök (ROS) keletkezése után létrejövő növényi stresszválaszokról, amit az enzimaktivitás változásokkal (aszkorbát-oxidáz, gvajakol-peroxidáz és szuperoxid-dizmutáz) a malondialdehid tartalom és a prolin koncentráció változás segítségével jellemeztem. A kísérlet során használt fertőző anyagot a szántóföldről izolált csőgolyvából hoztam létre, laboratóriumi körülmények között. A koncentrációt Bürker kamrában állítottam be 10 000 sporidiumszám/ml-re. Az üvegházi kísérletben 10.000 sporidiumszám/ml a szántóföldi kísérletben 2 500, 5 000 és 10 000 sporidiumszám/ml-t alkalmaztam. A mesterséges fertőzést az 1x7 és a 7x12-es golyvásüszög törzsekkel végeztem az üvegházi, és a 7x12-es golyvásüszög törzs a szántóföldi kísérletben a növények 4-5 leveles (V4-5) állapotában. A fertőző anyagot a 2. és 3. nódusz közötti szárrészbe injektáltam, mind a két kísérletben. Az üvegházi kísérletben a fertőzéssel egy időben növényi hormonokat is injektáltam a növényekbe. A szántóföldi kísérletben, a generatív szakaszban, a csőhozás kezdetén (V7-8) hajtottam végre a fertőzést, a hibridek ellenállóságát tanulmányozva, mivel a csőfertőzés okozza a legnagyobb gazdasági kárt. Az üvegházi kísérletben a fertőzést követő 7. és 11. napon (NFU), a szántóföldi kísérletben, a vegetatív fázisban a fertőzést követő 7. és 14. napon (NFU), a generatív fázisban a fertőzést követő 21. napon (NFU) mértük a paramétereket. Az üvegházi kísérletben a golyvásüszög fertőzés és a növényi hormonok (a citokinin, a gibberellin, az auxin és az etilén) hatását vizsgáltam. A 7x12-es golyvásüszög törzs fertőzése erőteljesebben befolyásolták a növényfiziológiai paramétereket az 1x7 golyvásüszög törzs fertőzéséhez viszonyítva a takarmánykukorica hibridek esetén. A csemegekukorica hibridek egyformán reagáltak a golyvásüszög törzskeresztezések hatásaira, amelyek a növényfiziológiai paramétereket kedvezőtlenül befolyásolták. A klorofill-tartalom csökkent, a malondialdehid-tartalom, az antioxidáns enzimek (APX, POD, és SOD) aktivitása növekedett. A növénymagasságot szintén csökkentette a 7x12-es golyvásüszög törzs fertőzése. A szárvastagságot az Armagnac és Desszert 73 hibridnél befolyásolta a szignifikánsan a 7x12-es golyvásüszög törzsfertőzése. A citokinin, a gibberellin és az auxin hormonok az 1x7 és 7x12-es golyvásüszög törzsekkel fertőzött növények esetén szignifikánsan növelték a klorofill-tartalmat, csökkentették az MDA-tartalmat és az antioxidáns enzimek (APX, POD, SOD) aktivitását, a fertőzött növényekben, a hormon-kezeletlen fertőzött növényekhez viszonyítva. Az etilén hormon ezzel szemben fokozta a fertőzések intenzitását a takarmánykukorica hibridek esetén, a csemegekukorica hibridek esetén nem redukálta a fertőzések hatásait, mivel azok golyvásüszög fogékonyságuk miatt erőteljesebben reagáltak a fertőzésekre. A morfológiai paraméterek vizsgálatakor a gibberellin kezelés hatására magasabb, az etilén kezelés hatására alacsonyabb növénymagasságot mértem a hormon-kezeletlen fertőzött növényekhez viszonyítva. Az etilén kezelés növelte a szárvastagságot. A szántóföldi kísérletben igazoltam a 7x12-es golyvásüszög törzs hatását, a növényfiziológiai paramétereken, minden hibrid esetén. Kimutattam, hogy a sporidium koncentráció emelkedésével a klorofill-tartalom jobban csökkent, az MDA-tartalom és az enzimaktivitások (APX, POD, és SOD) pedig erőteljesebben növekedtek, a kontroll növényekhez viszonyítva. A fertőzés hatását a morfológiai paraméterekre (növénymagasság, szárátmérő) a takarmánykukorica hibrideknél főleg a 10 000-es sporidiumszám/ml koncentráció hatását bizonyítottam, az alacsonyabb koncentrációkat (2 500 és 5 000) jobban tolerálták a takarmánykukorica hibridek, mivel a legmagasabb sporidium koncentráció fertőzésénél mértem alacsonyabb növénymagasságot és vastagabb szárátmérőt, a kontroll növényekhez viszonyítva. A csemegekukorica hibrideket a golyvásüszög fertőzés összes koncentrációja erőteljesen károsította, mivel alacsonyabb növénymagasságot és vastagabb szárátmérőt mértem a kontroll növényekhez viszonyítva mindegyik sporidium koncentráció fertőzésénél. A generatív szakaszban végzett mesterséges csőfertőzést követően a 10 000 sporidiumszám/ml koncentrációjú fertőző anyag hatására a csemegekukorica hibridek fertőződtek meg. A golyvásüszög fertőzés az elemtartalmakat (Mg, Mn, Al, Ca, S, B, P, Zn, K), a csőhosszt, a csőátmérőt, a cső és szemsúlyt, a 100 friss és száraz szemtömeget, a szárazanyagot, a nyerszsírt, és a nyersfehérje tartalmat befolyásolta. A prolin koncentráció mindkét kísérletben csökkent, vagy nem változott. A kísérletemben bizonyítottam, a golyvásüszög fertőzés negatív hatását. Kutatásom hozzájárul a patogenezis során bekövetkező növényi válaszreakciók megismeréséhez, különös tekintettel a védekezésben elsődlegesen résztvevő antioxidáns enzimek szerepének tisztázására. Jelenleg kevés publikáció áll rendelkezésre a biotikus stressz faktorok, köztük a golyvásüszög hatásairól, a növényfiziológiai folyamatokra. Kimutattam a citokinin, a gibberellin és az auxin befolyását a kórfolyamatra. Ezek a növényi hormonok csökkentették a fertőzés negatív hatását azáltal, hogy csökkent az MDA-tartalom, és az antioxidáns enzimek (APX, POD, és a SOD) aktivitása, valamint nőtt a klorofill-tartalom. A morfológiai paramétereknél a gibberellin növelte a növénymagasságot. A növényi hormonok felhasználása a kórokozók elleni védekezésben, új lehetőséget teremt a biológiai növényvédelemben. A megfelelő gyakorlati kijuttatási módszerrel sikeresen védekezhetünk a golyvásüszög ellen, mivel jelenleg nincs hatékony fungicid ellene. A szántóföldi kísérletben bizonyítottam, hogy az alacsonyabb koncentrációjú fertőzéseket az ellenállóbb hibridek jobban tolerálják. Ha sikerül redukálni a fertőző anyag mennyiségét, kiválasztani a megfelelő fajtát, hibridet, úgy a védekezés a golyvásüszög ellen sikeres lehet, akár növényvédőszer felhasználása nélkül. In my Ph.D. thesis, I investigated the effects of corn smut infection on the plant's physiological and morphological (plant height, stem diameter, and biomass production) parameters of maize hybrids as well as the element content of maize cobs. Experiments were conducted under greenhouse and field conditions with two fodder corn (Armagnac and P9025) and two sweet corn hybrids (Desszert 73 and Noa). Under greenhouse conditions, I investigated the effects of infection on the relative chlorophyll content, amount of photosynthetic pigments, malondialdehyde content, proline concentration, plant height, stem diameter, dry weight, the ascorbate, and guaiacol peroxidase and superoxide dismutase activities. The other aim of the greenhouse experiment is the investigate how the intensity of infection can be reduced by the different plant hormones (cytokinin, gibberellin, auxin, and ethylene). In the field experiment, I studied the effects of different infection concentrations on the relative chlorophyll content, amount of photosynthetic pigments, malondialdehyde content, proline concentration, plant height, stem diameter, dry weight, the ascorbate, and guaiacol peroxidase and superoxide dismutase activities, rather in the generative stage the cob diameter, cob length, cob and kernel weights, 100 grains of fresh and dry weights, and some quality parameters (such as dry matter, fiber, fat, ash, nitrogen, and protein) and the nutrients contents (Al, Br, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Pb, S, and Zn). The goal of the greenhouse experiment was to develop a new, effective method of protection against the pathogen, and with the field experiment, I analyzed the effects of infections with different concentrations. With these studies, we can get a more comprehensive view of the plant physiological changes that take place during the disease process, especially the plant immune responses that occur after the formation of reactive free radicals (ROS), which can be measured with enzyme activities (ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, and superoxide dismutase), malondialdehyde content and proline concentration.
Infectious material was prepared from infected corn cobs (from fields) under laboratory conditions. The concentration was adjusted in a Buerker chamber to 10 000 sporidia/ml for the greenhouse experiment and to 2 500, 5 000, and 10 000 sporidium number/ml for the field experiment. Artificial infection was carried out by the 1x7 and 7x12 crosses in the greenhouse experiment and the 7x12 crossing in the field experiment at the 4-5 leaf stage of the host plant, with the inoculum injected into the stem portion between the second and third nodes in both experiments. In the greenhouse experiment, plant hormones were injected into the plants simultaneously with the artificial infection. In the field experiment, we also performed the infection at the beginning of cob formation in the generative stage (V7-8) to study the resistance of the hybrids, since cob infection causes the most economic damage. In the greenhouse trial, parameters were measured on the 7th and 11th day after infection; in the field trial, parameters were measured on the 7th and 14th day after infection in the vegetative stage and the 21st day after infection. In the greenhouse trial, the effect of the corn smut infection and the effect of plant hormones was determined. The 7x12 corn smut strain had a stronger effect on plant physiological parameters than the 1x7 corn smut strain in the forage corn hybrids. The sweet corn hybrids responded equally to the effects of the strain crosses, which had a negative effect on plant physiological parameters. Chlorophyll contents and proline concentration were decreased, and malondialdehyde (MDA) content and antioxidant enzyme activities (APX, POD, and SOD) were increased. Plant height was also diminished by infection with 7x12 corn smut strain. The stem thickness of Armagnac and Desszert 73 hybrids was significantly affected by 7x12 corn smut strain infection. In addition, the positive effects of the hormones cytokinin, gibberellin, and auxin were demonstrated, as they significantly increased the chlorophyll content in the plants infected with the 1x7 and 7x12 corn smut strains and decreased the MDA content and the activities of antioxidant enzymes (APX, POD, and SOD) in the infected plants compared to the infected plants not treated with hormones. The hormone ethylene, on the other hand, increased the intensity of infections in forage corn hybrids but did not reduce the effects of infections in sweet corn hybrids, which were more sensitive to infections due to their susceptibility to corn smut. When morphological parameters were examined, plant height was higher with gibberellin treatment and lower with ethylene treatment compared to infected plants not treated with hormones. Ethylene treatment also increased stem thickness. In the field trial, the effects of the 7x12 corn smut strain on plant physiological parameters were also checked for all hybrids. This showed that with increasing concentration, chlorophyll content decreased more, and MDA concentration and enzyme activities (APX, POD, and SOD) were increased more compared to control plants. The effect of infection on morphological parameters (plant height, stem diameter) in forage corn hybrids were detected at a concentration of 10,000 sporidia/ml; lower concentrations (2 500, 5 000) were better tolerated by the hybrids. Sweet corn hybrids were severely damaged by all concentrations of infection. In the generative stage, only the 10 000 sporidium number/ml influenced some mineral contents (Al, B, Ca, K, Mg, Mn, Na, P, S, and Zn) the cob length, cob diameter, cob, and kernel weights, 100 grains fresh and dry weights, dry matter, crude fat, and protein contents of the hybrids. Proline concentration was decreased or remained unchanged in the field experiment. My research may contribute to the understanding of plant responses during pathogenesis, especially to clarifying the role of antioxidant enzymes primarily involved in defense. Currently, there are few publications on the effects of biotic stresses on plant physiological processes. In addition, the positive effects of cytokinin, gibberellin, and auxin on the disease process have been found to attenuate the negative effects of infection. The MDA content, and activities of antioxidant enzymes (APX, POD, and SOD) were decreased, and the chlorophyll content was increased due to the effect of cytokinin, gibberellin, and auxin hormones. The gibberellin treatment increased the plant's height. The use of plant hormones for protection against pathogens represents a new possibility in biological plant protection. After the invention of a suitable practical application method, we can successfully protect against corn smut, because currently there is no effective fungicide against this pathogen. In the field trial, it was found that the lower concentrations were better tolerated by the more resistant hybrids. If the amount of infectious material can be reduced and the right cultivar or hybrid selected, protection against the corn smut can be successful without the use of pesticides.